本发明涉及自动化控制机器人技术领域，更具体地说，涉及到一种应用于室外或室内运输、并可自主越障的机器人。
背景技术：
近年来，随着通信技术和计算机算力、机器学习技术和图像处理技术的不断提升，自主移动机器人逐步进入人们的生活，但是因机器人工作环境的差异，以及外界和室内环境随光线的变化，对机器人的自主行走带来了极大的困扰，现在常用的机器人运动方式有：电磁感应式，通过在机器人运行路径上铺设磁带，让机器人沿固定路径运动；二维码辅助定位式，在机器人动作的路径上，粘贴上二维码，当机器人通过视觉检测器检测到二维码信息时，则进行相应的动作，但此两种控制方式，使机器人对运动的路径和自由度有限很大，利用激光雷达引导机器人的自动运行可避免机器人运动轨迹的单一，但室外环境很受限，目前在室内应用较多，对机器人的自身硬件要求较高，需要机器人对周围环境进行构图实现导航，当遇到障碍物或电机运行出现偏差时，常造成机器人定位出现误差，并且在自移动机器人行走作业的过程中，通常会遇到各种障碍物，因此，如何安全跨越障碍物、保证机器人的运动精度和行走顺畅，是提高自移动机器人工作效率的关键问题所在。
因此，亟需提供一种可以实现自身高精度定位、并可以平稳跨越运行过程中各种障碍的机器人。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种结构合理且可实现自身定位、并可以平稳跨越运行过程中各种障碍的机器人。
为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种可越障式自主移动机器人，包括机械运动系统，所述机械运动系统包括箱体，所述箱体下方设置有运行驱动轮，所述箱体的前端设置有用于跨越障碍的越障机构和用于采集图像信息的视觉检测器，所述箱体的后端设置有用于跨越障碍的越障机构，箱体内部设置有控制箱，所述控制箱内部设置有用于障碍类型识别的障碍识别系统、用于跨越障碍的越障控制系统、自身定位系统、图像识别系统和用于机器人传感器信息处理和校正的多传感器融合系统。
其中，所述箱体前端下方设置有用于检测机器人距离地面距离的红外测距仪和超声波测距仪。
其中，所述红外测距仪包括发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管和光敏三极管铰接与箱体前端下方。
其中，所述越障机构通过齿轮连接与箱体，所述越障机构包括越障连杆，所述越障连杆的一端设置有越障驱动轮，所述越障驱动轮的一侧设置有越障驱动电机，所述越障连杆的另一端设置有驱动齿轮一，所述驱动齿轮通过铰接与箱体的驱动齿轮二与驱动齿轮三相连接，所述驱动齿轮三的一侧设置有越障旋转电机，所述越障驱动电机固定于箱体。
其中，所述越障机构的越障驱动电机通过越障电机支架固接于越障连杆。
其中，所述越障机构的驱动齿轮一上还设置有挡轮，所述挡轮于铰接与箱体的挡齿相连接，所述挡齿上设置有电磁伸缩杆，所述电磁伸缩杆的一端铰接于挡齿，所述电磁伸缩杆的另一端铰接于箱体。
其中，所述越障机构的挡齿通过挡齿转轴铰接与箱体。
其中，所述箱体还设置有用于存放运输物品的储物区。
其中，所述箱体的四周设置有红外测距仪和超声波测距仪。
其中，所述控制箱内还设置有用于检测机器人姿态的速度校正的陀螺仪和加速度计。
其中，所述视觉检测器的数量设置为2个，设置于箱体前端上方。
其中，所述控制箱内还设置有用于室外定位的差分gps传感器。
其中，所述障碍识别系统，包括障碍类型库，所述障碍类型库是指机器人运行过程中通过视觉检测器采集的各种障碍类型和障碍高度信息。
其中，越障控制系统，包括根据各种障碍类型指定的机器人的越障动作库。
其中，可越障式自主移动机器人的越障控制方法，如下：
s1:可越障式自主移动机器人开始运动，红外测距仪、超声波测距仪、视觉检测器、陀螺仪和加速度计在多传感器融合系统的作用下开始工作；
s2:机器人运行过程中，根据编码器、陀螺仪和加速度计来判定机器人是否发生打滑；
s3:如机器人发生打滑，则通过多传感器融合系统进行传感器信息的校正，如没有发生打滑，则通过差分gps传感器和图像识别系统来根据机器人当前所处的环境标定机器人位置，用于机器人运动过程的构图；
s4：图像识别系统检测到障碍物时，通过障碍识别系统来判定障碍物的类型；
s5：如该障碍物不在障碍类型库中，则增加至障碍类型库，通过视觉检测器、设置于箱体前端的超声波测距仪和红外测距仪来检测障碍物的高度，如判定高度可以跨越，则通过越障控制系统进行障碍跨越，跨越障碍后，更新越障控制系统的越障动作库。
s6:如障碍物在障碍类型库中，则根据越障控制系统的越障动作库来控制运行驱动轮、越障旋转电机、越障驱动电机和电磁伸缩杆协调动作来跨越障碍。
其中，所述越障控制系统控制该机器人越障主要包括如下步骤：
s5-1：越障控制系统控制运行驱动轮，使机器人和障碍物保持一定距离，该距离可通过视觉检测器、超声波测距仪和红外测距仪来判定；
s5-2:越障控制系统通过越障旋转电机使越障机构缓缓运动到障碍物上方；
s5-3:越障旋转电机继续运动，使机器人前端升起，多传感器融合系统通过陀螺仪来控制机器人的平稳状态；
s5-4:机器人前端上升到障碍物以上位置时，则通过越障驱动轮和运行驱动轮联合动作，使机器人向前运动；
s5-5:机器人前端运行至障碍物正上方时，多传感器融合系统控制电磁伸缩杆，使挡齿脱离挡轮，越障旋转电机反向运动，使机器人前端运行驱动轮落至障碍物上；
s5-6:箱体后端的越障旋转电机开始运动，使机器人后端升起，多传感器融合系统通过陀螺仪来控制机器人的平稳状态；
s5-7:机器人后端上升到障碍物以上位置时，则通过越障驱动轮和运行驱动轮联合动作，使机器人向前运动，直至机器人后端运行驱动轮落至障碍物上；
s5-8:越障机构收起，完成机器人的整体越障。
与现有技术相比，本发明实施例的上述方案的有益效果如下所述：
1、该自主移动机器人的四周设置有超声波传感器和红外传感器防机器人和其他物体发生碰撞；
2、该机器人的驱动轮安装有编码器，机器人控制箱内安装有加速度计，可以通过编码器、加速度计和电机编码器的比较，检测出机器人是否发生打滑；
3、该机器人控制箱内设置有陀螺仪，陀螺仪可以准确检测出机器人运动时的姿态变化；
4、该机器人设置有双视觉检测器，可以有效检测障碍物的高度，和与障碍物的距离；
5、该机器人的越障机构采用齿轮传动，可以实现越障机构运动角度的精确控制；
6、该机器人的越障机构设置有挡轮和挡齿，可以防止越障机构在大力矩的情况下，越障机构向回运动，造成电机损坏和越障机构位置偏动；
7、因室内外环境会有变化的差异，双视觉检测器信息在同一位置会发生波动，造成误差，该机器人设置有红外测距仪、和超声波测距仪，用于对视觉检测器误差的修正，保证在室外的稳定运行；
8、该机器人设置有差分gps传感器，通过自身的编码器、加速度计可实现机器人自身的准确定位；
9、该机器人设置有障碍类型库和动作规则库，根据搭建的障碍识别神经网络结构，可以准确识别出遇到的障碍类别，及时选择对应的动作规则库，节省越障时间，提高机器人的运动效率；
10、该机器人设置有红外测距仪、和超声波测距仪，可以使机器人视觉检测器的间隙性工作，避免因图像信息处理而降低机器人的运行速度，从而提高机器人的运行速度。
附图说明
图1是本发明实施例的可越障式自主移动机器人的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的可越障式自主移动机器人的另一方向结构示意图；
图3是本发明实施例的可越障式自主移动机器人的越障机构结构示意图；
图4是本发明实施例的可越障式自主移动机器人的越障机构局部放大示意图；
图5是本发明实施例的可越障式自主移动机器人的系统组成示意图；
图6是本发明实施例的可越障式自主移动机器人的主要功能示意图；
图7是本发明实施例的可越障式自主移动机器人的运动轨迹标定示意图；
图8是本发明实施例的可越障式自主移动机器人的越障控制示意图。
附图标记说明：
1、储物区；
2、箱体；
3、红外测距仪；
31、发光二极管；
32、光敏三极管；
4、超声波测距仪；
5、运行驱动轮；
6、越障机构；
601、越障驱动轮；
602、越障驱动电机；
603、越障电机支架；
604、越障连杆；
605、驱动齿轮一；
606、驱动齿轮二；
607、越障旋转电机；
608、驱动齿轮三；
609、电磁伸缩杆；
610、挡齿转轴；
611、挡齿；
612、挡轮；
7、视觉检测器；
8、控制箱；
9、障碍识别系统；
10、越障控制系统；
11、自身定位系统；
12、图像识别系统；
13、多传感器融合系统。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1至图8所示的，本发明公开了一种可越障式自主移动机器人，包括机械运动系统，所述机械运动系统包括箱体2，所述箱体2下方设置有运行驱动轮5，所述箱体2的前端设置有用于跨越障碍的越障机构6和用于采集图像信息的视觉检测器7，所述箱体2的后端设置有用于跨越障碍的越障机构6，箱体2内部设置有控制箱8，所述控制箱8内部设置有用于障碍类型识别的障碍识别系统9、用于跨越障碍的越障控制系统10、用于机器人运动轨迹定位的自身定位系统11、用于障碍检测的图像识别系统12和用于机器人传感器信息处理和校正的多传感器融合系统13。
进一步地，所述箱体2前端下方设置有用于检测机器人距离地面距离的红外测距仪3和超声波测距仪4。
进一步地，所述红外测距仪3包括发光二极管31和光敏三极管32，所述发光二极管31和光敏三极管32铰接与箱体2前端下方。
进一步地，所述越障机构6齿接与箱体2，所述越障机构6包括越障连杆604，所述越障连杆604的一端设置有越障驱动轮601，所述越障驱动轮601的一侧设置有越障驱动电机602，所述越障连杆604的另一端设置有驱动齿轮一605，所述驱动齿轮一605通过铰接与箱体2的驱动齿轮二606与驱动齿轮三608相连接，所述驱动齿轮三608的一侧设置有越障旋转电机607，所述越障驱动电机607固定于箱体2，所述驱动齿轮三608铰接与箱体2。
进一步地，所述越障机构6的越障驱动电机602通过越障电机支架603固接于越障连杆604。
进一步地，所述越障机构6的驱动齿轮一605上还设置有挡轮612，所述挡轮612于铰接与箱体2的挡齿611相连接，所述挡齿611上设置有电磁伸缩杆609，所述电磁伸缩杆609的一端铰接于挡齿611，所述电磁伸缩杆609的另一端铰接于箱体2。
进一步地，所述越障机构6的挡齿611通过挡齿转轴610铰接与箱体2。
进一步地，所述箱体2还设置有用于存放运输物品的储物区1。
进一步地，所述箱体2的四周设置有红外测距仪3和超声波测距仪4。
进一步地，所述控制箱8内还设置有用于检测机器人姿态的速度校正的陀螺仪和加速度计。
进一步地，所述视觉检测器7的数量设置为2个，设置于箱体2前端上方。
进一步地，所述控制箱2内还设置有用于室外定位的差分gps传感器。
进一步地，所述障碍识别系统9，包括障碍类型库，所述障碍类型库是指机器人运行过程中通过视觉检测器7采集的各种障碍类型和障碍高度信息。
进一步地，所述越障控制系统10，包括根据各种障碍类型指定的机器人的越障动作库。
其中，可越障式自主移动机器人的越障控制方法，如下：
s1:可越障式自主移动机器人开始运动，红外测距仪3、超声波测距仪4、视觉检测器7、陀螺仪和加速度计在多传感器融合系统13的作用下开始工作；
s2:机器人运行过程中，多传感器融合系统13根据编码器、运行驱动轮电机自带的编码器、越障驱动电机自带编码器、陀螺仪和加速度计来判定机器人是否发生打滑；
s3:如机器人发生打滑，则通过多传感器融合系统13进行传感器信息的校正，如没有发生打滑，则通过差分gps传感器和图像识别系统12来根据机器人当前所处的环境标定机器人位置，用于机器人运动过程的构图；
当机器人发生打滑时，所述多传感器融合系统13进行传感器信息的校正，主要包括通过差分gps传感器的定位信息位置差d1加速度计计算移动距离l1，运行驱动轮5电机自带编码器计算移动距离l2，视觉检测器7计算移动距离l3，运行驱动轮5设置编码器计算距离l4，当机器人直线行驶时，机器人实际移动距离为：
其中
当外界光线发生变化时，需要根据运行驱动轮5设置编码器计算距离l4来校正视觉检测器7的权重δ，防止觉检测器7测量出现偏差。
所述自身定位系统11，通过图像检测器7传来的图像信息，通过图像识别系统12来判定，其中是否含有独特的特征，如固定的标识牌、路标、门牌号、电梯号等标识，如含有以上固定的信息，则作为特定位置信息，对此处机器人的位置进行标定，更新机器人的位置信息库，机器人下次即可根据此次的路径信息来来找到次位置。
s4：图像识别系统12检测到障碍物时，通过障碍识别系统9来判定障碍物的类型；
s5：如该障碍物不在障碍类型库中，则增加至障碍类型库，通过视觉检测器7、设置于箱体2前端的超声波测距仪3和红外测距仪4来检测障碍物的高度，如判定高度可以跨越，则通过越障控制系统10行障碍跨越，跨越障碍后，更新越障控制系统10的越障动作库。
s6:如障碍物在障碍类型库中，则根据越障控制系统10的越障动作库来控制运行驱动轮5、越障旋转电机602、越障驱动电机607和电磁伸缩杆609协调动作来跨越障碍。
其中，所述越障控制系统10控制该机器人越障主要包括如下步骤：
s5-1：越障控制系统10控制运行驱动轮5，使机器人和障碍物保持一定距离，该距离可通过视觉检测器7、红外测距仪3和超声波测距仪4来判定；
s5-2:越障控制系统10通过越障旋转电机602使越障机构6缓缓运动到障碍物上方；
s5-3:越障旋转电机602继续运动，使机器人前端升起，多传感器融合系统13通过陀螺仪来控制机器人的平稳状态；
s5-4:机器人前端上升到障碍物以上位置时，则通过越障驱动轮601和运行驱动轮5联合动作，使机器人向前运动；
s5-5:机器人前端运行至障碍物正上方时，多传感器融合系统13控制电磁伸缩杆609，使挡齿611脱离挡轮612，越障旋转电机602反向运动，使机器人前端运行驱动轮5落至障碍物上；
s5-6:箱体后端的越障旋转电机602开始运动，使机器人后端升起，多传感器融合系统13通过陀螺仪来控制机器人的平稳状态；
s5-7:机器人后端上升到障碍物以上位置时，则通过越障驱动轮601和运行驱动轮5联合动作，使机器人向前运动，直至机器人后端运行驱动轮落至障碍物上；
s5-8:越障机构6收起，完成机器人的整体越障。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种可越障式自主移动机器人，包括机械运动系统，其特征在于，所述机械运动系统包括箱体，所述箱体下方设置有运行驱动轮，所述箱体的前端设置有用于跨越障碍的越障机构和用于采集图像信息的视觉检测器，所述箱体的后端设置有用于跨越障碍的越障机构，箱体内部设置有控制箱，所述控制箱内部设置有用于障碍类型识别的障碍识别系统、用于跨越障碍的越障控制系统、自身定位系统、图像识别系统和用于机器人传感器信息处理和校正的多传感器融合系统。
2.根据权利要求1所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述箱体前端下方设置有用于检测机器人距离地面距离的红外测距仪和超声波测距仪。
3.根据权利要求2所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述红外测距仪包括发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管和光敏三极管铰接与箱体前端下方。
4.根据权利要求1所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述越障机构通过齿轮连接与箱体，所述越障机构包括越障连杆，所述越障连杆的一端设置有越障驱动轮，所述越障驱动轮的一侧设置有越障驱动电机，所述越障连杆的另一端设置有驱动齿轮一，所述驱动齿轮通过铰接与箱体的驱动齿轮二与驱动齿轮三相连接，所述驱动齿轮三的一侧设置有越障旋转电机，所述越障驱动电机固定于箱体。
5.根据权利要求4所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述越障机构的越障驱动电机通过越障电机支架固接于越障连杆。
6.根据权利要求4所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述越障机构的驱动齿轮一上还设置有挡轮，所述挡轮于铰接与箱体的挡齿相连接，所述挡齿上设置有电磁伸缩杆，所述电磁伸缩杆的一端铰接于挡齿，所述电磁伸缩杆的另一端铰接于箱体，所述越障机构的挡齿通过挡齿转轴铰接与箱体。
7.根据权利要求1所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述箱体还设置有用于存放运输物品的储物区，所述箱体的四周设置有红外测距仪和超声波测距仪，所述控制箱内还设置有用于室外定位的差分gps传感器。
8.根据权利要求1所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述控制箱内还设置有用于检测机器人姿态的速度校正的陀螺仪和加速度计。
9.根据权利要求1所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述视觉检测器的数量设置为2个，设置于箱体前端上方。
10.根据权利要求1所述的可越障式自主移动机器人，其特征在于，所述障碍识别系统，包括障碍类型库，所述障碍类型库是指机器人运行过程中通过视觉检测器采集的各种障碍类型和障碍高度信息，所述越障控制系统，包括根据各种障碍类型指定的机器人的越障动作库。
技术总结